UA141343U

UA141343U - HORIZONTAL STRAIGHT HYDRAULIC UNIT WITH DIAGONAL-AXIAL IMPELLER WHEEL AND NOZZLE SUPPLY AND REGULATORY AUTHORITY

Info

Publication number: UA141343U
Application number: UAU201907476U
Authority: UA
Inventors: Михайло Володимирович Черкашенко; Олег Васильович Потетенко; Олександр Іванович Гасюк; Євгеній Сергійович Крупа
Original assignee: Національний Технічний Університет "Харківський Політехнічний Інститут"
Priority date: 2019-07-04
Filing date: 2019-07-04
Publication date: 2020-04-10

Abstract

Горизонтальний прямоточний гідроагрегат з діагонально-осьовим робочим колесом та сопловим підвідним й регулюючим органом включає в себе генератор, розміщений в капсулі або в бетонній колоні (бичку), підвідні та регулюючі органи, робоче колесо, відсмоктуючу трубу, причому підвідний орган гідротурбіни виконаний у вигляді ряду криволінійних конфузорних соплових каналів з поворотними вихідними кромками, які розміщені по колу та створюють момент кількості руху потоку перед робочим колесом поворотно-лопатевого діагонально-осьового типу, що забезпечує, наряду з регулюючим та запірним органом - направляючим апаратом, оптимальну роботу гідротурбіни на високих (до 250 м) напорах.Horizontal direct-flow hydraulic unit with diagonal-axial impeller and nozzle supply and regulating body includes a generator placed in a capsule or in a concrete column (bull), supply and regulating bodies, impeller, suction pipe, and the supply body is made of hydro curved confusing nozzle channels with rotary outlet edges, which are placed in a circle and create the momentum of the flow in front of the impeller of the rotary-vane diagonal-axial type, which provides, along with the regulating and shut-off body - the guide apparatus (optimal operation of high turbines 250 m) pressure.

Description

Корисна модель належить до галузі гідромашинобудування і може бути використана на гідроелектростанціях (ГЕС).The utility model belongs to the field of hydraulic engineering and can be used at hydroelectric power stations (HPP).

Відомі гідроагрегати обладнані гідротурбінами поворотно-лопатевого типу, що включають спіральну камеру, статор, направляючий апарат та робоче колесо поворотно-лопатевого діагонального типу, застосовувані на напори від 40 до 170м|11.Known hydraulic units are equipped with rotary-blade type hydroturbines, which include a spiral chamber, a stator, a guide device and a rotary-blade diagonal type impeller, used for pressures from 40 to 170m|11.

Такі гідротурбіни мають високі енергокавітаційні й експлуатаційні показники в порівнянні з жорстколопатевими радіально-осьовими гідротурбінами, які застосовуються на високі напори.Such hydroturbines have high energy cavitation and operational indicators in comparison with rigid-bladed radial-axial hydroturbines, which are used for high pressures.

Недоліком у порівнянні з прямоточними горизонтальними гідроагрегатами є більш низька пропускна спроможність цих гідротурбін та більші розміри блока гідроагрегату в плані, менш широкий діапазон надійної експлуатації по напорам та витратам (потужностям).The disadvantage compared to direct-flow horizontal hydro units is the lower throughput capacity of these hydro turbines and the larger dimensions of the hydro unit block in plan, a less wide range of reliable operation in terms of pressures and flows (powers).

Відомі гідроагрегати горизонтально-капсульного типу з прямовісним проточним трактом, застосовувані на низьконапірних ГЕС з Не 3-25 м |21.Known horizontal-capsule type hydraulic units with a perpendicular flow path, used at low-pressure hydroelectric power stations with a height of 3-25 m |21.

Ці гідроагрегати внаслідок прямовісного підведення й відведення води і простоти форми проточного тракту при установці на низьконапірних ГЕС мають переваги перед гідроагрегатами з вертикальними поворотно-лопатевими гідротурбінами (як по пропускній здатності і частоті, так і за енергетичними показниками). При цьому габаритні розміри гідротурбінного блока значно менші, ніж в осьових вертикальних поворотно-лопатевих гідротурбінах.Due to the perpendicular water supply and discharge and the simplicity of the form of the flow path, these hydraulic units have advantages over hydraulic units with vertical rotary vane hydroturbines (both in terms of throughput and frequency, and in terms of energy indicators). At the same time, the overall dimensions of the hydroturbine unit are much smaller than in axial vertical rotary vane hydroturbines.

Недоліком існуючих прямоточних гідроагрегатів з турбінами такого типу є те, що вони працюють на низьких напорах до 25 м. Це пов'язано з тим, що в цих гідротурбінах відсутня спіральна камера, а момент кількості руху перед робочим колесом горизонтально-прямоточної гідротурбіни створюється колонами статора і направляючим апаратом, установленим перед робочим колесом. Тому забезпечити перед робочим колесом необхідний високий рівень моменту кількості руху тільки за рахунок статора і направляючого апарату неможливо.The disadvantage of existing direct-flow hydro units with turbines of this type is that they work at low pressures of up to 25 m. This is due to the fact that in these hydroturbines there is no spiral chamber, and the moment of the amount of movement in front of the impeller of the horizontal-direct-flow hydroturbine is created by the stator columns and a guide device installed in front of the working wheel. Therefore, it is impossible to ensure the necessary high level of the moment of the amount of movement in front of the impeller only due to the stator and the guide apparatus.

Існує здвоєний прямоточний гідроагрегат із системою регулювання з потрійною комбінаторною залежністю між відкриттям направляючого апарату і кутами розвороту лопатей двох робочих коліс гідротурбін, що дозволяє істотно підвищити середньоексплуатаційні показники, розширити зону експлуатації по напорам і витратам, підвищити ККД, і дає можливість застосування прямоточної схеми на більш високі напори. Крім цього здвоєний прямоточний гідроагрегат дозволяє одержати більшу потужність при менших габаритах шириниThere is a double direct-flow hydraulic unit with a regulation system with a triple combinatorial dependence between the opening of the guide apparatus and the turning angles of the blades of the two working wheels of the hydroturbines, which allows you to significantly increase the average operational indicators, expand the operating area in terms of pressure and flow rates, increase the efficiency, and makes it possible to apply the direct-flow scheme to more high pressure In addition, the double direct-flow hydraulic unit allows you to get more power with smaller width dimensions

Зо блоку ГЕС в плані, порівняно з двома паралельно працюючими агрегатами вертикального поворотно-лопатевого типу |ЗІ.From the HPP block in plan, compared to two parallel-working units of the vertical rotary vane type |ZI.

Основними недоліками здвоєного прямоточного гідроагрегату є велика протяжність гідроагрегату вздовж осі обертання роторів гідротурбіна-генератор, складність конструктивного виконання, що приводить до складності обслуговування роботи гідроагрегату, складність системи регулювання робочого процесу.The main disadvantages of the double direct-flow hydraulic unit are the long length of the hydraulic unit along the axis of rotation of the rotors of the hydro turbine-generator, the complexity of the design, which leads to the complexity of the maintenance of the hydraulic unit, the complexity of the work process control system.

В основу корисної моделі поставлена задача підвищення середньоексплуатаційних і енергокавітаційних показників прямоточних горизонтальних капсульних гідроагрегатів, розширення зони експлуатації по напорам аж до 250 м.The basis of the useful model is the task of increasing the average operational and energy cavitation indicators of direct-flow horizontal capsule hydraulic units, expanding the operating zone in terms of pressures up to 250 m.

Згідно з корисною моделлю, в турбіні перед регулюючим витрату і запірним органом - направляючим апаратом встановлюється сопловий підвідний орган гідротурбіни, що представляє собою ряд спеціально спрофільованих криволінійних (спіральних) конфузорних соплових каналів, які розміщені по колу перед лопатками направляючого апарату, що забезпечують необхідний момент кількості руху для оптимальної роботи гідротурбіни при напорах до 250 м і рівномірним по окружному напрямку і по висоті направляючого апарату підводом потоку до робочого колеса діагонально-осьового поворотно-лопатевого типу, що спрацьовує підвищений напір. Лопатки соплових апаратів при цьому грають також роль колон статора, що забезпечує надійну опору гідроагрегату.According to the useful model, in the turbine in front of the flow regulating body and the shut-off body - the guide device, the nozzle inlet body of the hydro turbine is installed, which is a series of specially profiled curvilinear (spiral) confusing nozzle channels, which are placed in a circle in front of the blades of the guide device, which provide the necessary amount of moment movement for optimal operation of the hydroturbine at pressures up to 250 m and uniform in the circumferential direction and in the height of the guiding device by supplying the flow to the impeller of the diagonal-axial rotary-blade type, which activates the increased pressure. At the same time, the blades of the nozzle devices also play the role of the stator columns, which ensures reliable support of the hydraulic unit.

Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де на Фіг. 1 показаний меридіональний розріз горизонтального прямоточного гідроагрегату; на Фіг. 2 представлено сопловий конфузорний канал в плані.The essence of the useful model is explained by the drawing, where in Fig. 1 shows a meridional section of a horizontal direct-flow hydraulic unit; in Fig. 2 shows the nozzle confusor channel in plan.

Горизонтальний прямоточний гідроагрегат включає в себе металічну капсулу або бетонну колону 1, в якій розташовуються генератор електричного струму, підшипники, підп'ятник, допоміжне обладнання; сопловий конфузорний підвідний орган 2 з поворотними вихідними елементами 3; лопатки направляючого апарату 4; поворотно-лопатеве робоче колесо діагонально-осьового типу 5; відсмоктуючу трубу прямовісного типу 6. На Фіг. З - діагонально- осьове робоче колесо.The horizontal direct-flow hydraulic unit includes a metal capsule or concrete column 1, which houses the electric current generator, bearings, support, and auxiliary equipment; nozzle confusor inlet organ 2 with rotary output elements 3; vanes of the guiding apparatus 4; rotating blade impeller of diagonal-axial type 5; vertical suction pipe 6. In Fig. Z - diagonally axial impeller.

Гідравлічна турбіна є приводом генератора електричного струму, перетворюючи енергію потоку води в механічну енергію обертання ротора генератора та працює наступним чином.The hydraulic turbine is the drive of the electric current generator, converting the energy of the water flow into the mechanical energy of the rotation of the rotor of the generator and works as follows.

Потік води проходить через канали соплових апаратів. Лопатки соплових апаратів з поворотними вихідними елементами (кромками) виконують функцію регулювання витрати (потужності) гідротурбіни.The flow of water passes through the channels of nozzle devices. Blades of nozzle devices with rotating output elements (edges) perform the function of regulating the flow rate (power) of the hydroturbine.

Далі потік надходить через міжлопаточні канали направляючого апарату в міжлопатеві канали робочого колеса поворотно-лопатевого діагонально-осьового типу. При цьому розворот лопатей діагонального та осьового типу здійснюється за рахунок системи регулювання у відповідності до чотирьохелементної комбінаторної залежності кута розвороту діагонального та осьового типу лопатей від розвороту вихідних елементів лопаток соплових апаратів та відкриття лопаток направляючого апарату, забезпечуючи мінімальні втрати енергії. Далі потік з мінімальними втратами відводиться в нижній б'єф прямовісною відсмоктуючою трубою.Next, the flow enters through the interblade channels of the guiding device into the interblade channels of the rotary-blade diagonal-axial type impeller. At the same time, the turning of diagonal and axial type blades is carried out due to the control system in accordance with the four-element combinatorial dependence of the turning angle of diagonal and axial type blades on the turning of the output elements of the blades of the nozzle devices and the opening of the blades of the guiding device, ensuring minimal energy loss. Further, the flow with minimal losses is diverted to the lower bief through a perpendicular suction pipe.

Таким чином, застосування прямоточних горизонтальних гідроагрегатів з діагонально- осьовим робочим колесом на більш високі напори (до 250 м) дозволяє розповсюдити переваги цих агрегатів, такі як більш висока пропускна спроможність, що забезпечує більшу потужність турбіни при тому же діаметрі робочого колеса, більш високі енергокавітаційні показники та надійність експлуатації на вищезазначені напори.Thus, the use of direct-flow horizontal hydraulic units with a diagonal-axial impeller at higher heads (up to 250 m) allows to spread the advantages of these units, such as a higher throughput, which provides greater turbine power with the same diameter of the impeller, higher energy cavitation indicators and reliability of operation at the above pressures.

Джерела інформації: 1. Ковалев Н.Н. Гидротурбинь - Л.: Машиностроение, 1971. - С. 90-97. 2. Ковалев Н.Н. Гидротурбинь - Л.: Машиностроение, 1971. - С. 69, рис. 11.20. 3. Здвоєний прямотечійний гідроагрегат. Патент на винахід. ОА 76872: опубл. 15.09.2006.Sources of information: 1. Kovalev N.N. Hydroturbines - L.: Mashinostroenie, 1971. - P. 90-97. 2. Kovalev N.N. Hydroturbines - L.: Mashinostroenie, 1971. - P. 69, fig. 11.20. 3. Double direct-flow hydraulic unit. Patent for the invention. OA 76872: publ. 15.09.2006.

Бюл. Мо 9.Bul. Mo 9.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA A horizontal direct-flow hydraulic unit with a diagonal-axial impeller and a nozzle intake and regulating body, which includes a generator placed in a capsule or in a concrete column (bull), intake and regulation organs, an impeller, a suction pipe, which differs in that , that the inlet body of the hydroturbine is made in the form of a series of curvilinear confusing nozzle channels with rotating output edges, which are placed in a circle and create a moment of the amount of flow movement in front of the impeller of the rotary-blade diagonal-axial type, which provides, along with the regulating and closing body - the guide device, optimal operation of the hydro turbine at high (up to 250 m) pressures. more, sitnnntje g y Y o Gde Y IY J svenvrnn dit N I I i N Map i i PI Kr roni i ; and | And in the same - I and ! | N rani o a SHY u ; | I'm barking at H! N U where Teny x ' and | nyshe NI ya t N i ya che M : et zodvin i : KA shk E Vrya h i ke x u Zh y pi A Uh M r Sy yuhuhu: i shin s xx x Kn x shi t y : Х Х я Х In x seams x tanya 7; N N K. neck 5 that | ve cha M i Ne : : U M , ke - Kai Ky KAK i Kai Ko i che

Fig. 1